一种超疏水纳米涂料、制作方法及超疏水纳米涂料涂布的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种超疏水纳米涂料，具体来说，涉及一种超疏水纳米涂料、制作方法 及超疏水纳米涂料涂布。
【背景技术】
[0002] 近年来，仿生生物学已经引起越来越多的人关注，人们回归自然，在自然界中寻找 新的科研突破点。植物叶子表面的超疏水性和自清洁效果引起了人们的很大兴趣。 Barthlott和Neinhuis通过观察植物叶表面的微观结构，认为这种自清洁的特征是由粗糙 表面上微米结构的乳突以及表面蜡状物的存在共同引起的。中科院研究员江雷在这一研究 的基础上还发现"在荷叶表面微米结构的乳突上存在纳米结构，这种纳米结构与微米结构 的乳突相结合的双微观结构是引起表面防污自洁的根本原因。荷叶和水稻叶的这种超疏水 特性的原理，为人们构建人工超疏水表面和设计界面的润湿性提供了指导。
[0003] 人们将这荷叶上这种不沾水，且水滴可以自己滚落的现象称为超疏水现象，将具 有这种性质的表面称为超疏水表面，其中超疏水表面的接触角通常在150°以上、滚动角小 于10°。目前许多超疏水表面的制备方法已有报道，主要有以下几个方面 ：（l)MCCarthy等用 射频等离子体刻蚀双轴取向的聚丙烯膜，并加入聚四氟乙烯对聚丙烯的表面进行氟化改 性，通过调节时间来控制聚丙烯表面的粗糙度和氟化程度，接触角可达0a/0r=172°/169°; (2)Rao等用溶胶凝胶的方法，以甲基硅烷为前驱体，在甲醇溶液中，氨水为催化剂，得到的 粗糙硅气溶胶表面的CA可达170° ; (3)Lau等在碳纳米管阵列薄膜的表面上以化学气相沉积 法沉积一层共形的聚四氟乙烯膜，得到的材料表面具有很好的疏水性；（4)韩艳春等通过对 PTFE橡胶带进行简单的拉伸，随着拉伸率的增大，构成橡胶的纤维状PTFE晶体之间的距离 增大，导致表面的粗糙度增加，表面CA也随之增加。在190 %的拉伸率时，CA达165° ; (5) Erbil等以等规聚丙烯为成膜物质，通过选择合适的溶剂、沉淀剂和成膜温度来调控溶液成 膜过程中聚合物的结晶速率，得到了具有多孔结构的聚合物表面，与水的CA可达160° ; (6) 江雷等将聚丙烯腈原溶液通过多孔氧化铝模板挤入凝固液中固化，制备的针状聚丙烯腈纳 米纤维阵列与水的CA达173° ; (7)江雷等用电化学沉积得到粗糙的氧化锌表面，CA为128°， 经氟硅烷处理后CA提高到152° ; (8)刘维民等用氢氧化钠溶液腐蚀铝或铝合金的表面来得 到粗糙表面，分别经氟烷或乙烯基有机硅疏水修饰后，得到金属基底的超疏水表面。
【发明内容】
[0004] 技术问题:本发明所要解决的技术问题是:提供一种超疏水纳米涂料，具有极好的 疏水特性，可以作为自清洁涂层来使用；同时还提供一种超疏水纳米涂料的制作方法，通过 简单有效的方法制备超疏水纳米涂料;还提供一种超疏水纳米涂料涂布，具有超疏水性能。
[0005] 技术方案:为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是：
[0006] -种超疏水纳米涂料，该超疏水涂料由以下方法制备而成：向容器中加入硅酸酯、 有机溶剂、蒸馏水和催化剂，搅拌该混合物，使其混合均匀，然后向混合物中同时加入硅酸 酯和含氟偶联剂，搅拌速度为1000-1200rpm，搅拌30~50h，得到超疏水纳米涂料；
[0007] 所述的反应物体积占总体积的百分比为：
[0008] 有机溶剂:70~80%;
[0009] 催化剂:5~10%;
[0010] 蒸馏水:5~10%;
[0011] 娃酸酯：6~10%;
[0012] 含氟偶联剂:0.01~0.2%。
[0013] 作为优选方案，所述的向混合物中同时加入硅酸酯和含氟偶联剂中，硅酸酯和含 氟偶联剂的体积比为1:1~1 〇。
[0014] -种超疏水纳米涂料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0015] 向容器中加入硅酸酯、有机溶剂、蒸馏水和催化剂，搅拌该混合物，使其混合均匀， 然后向混合物中同时加入娃酸酯和含氟偶联剂，搅拌速度为1000-1200rpm，搅拌30~50h， 得到超疏水纳米涂料；
[0016] 所述的反应物体积占总体积的百分比为：
[0017] 有机溶剂:70~80%;
[0018] 催化剂:5~10%;
[0019] 蒸馏水:5~10%;
[0020] 硅酸酯：6~10%;
[0021] 含氟偶联剂:0.01~0.2%。
[0022] 作为优选方案，所述的向混合物中同时加入硅酸酯和含氟偶联剂中，硅酸酯和含 氟偶联剂的体积比为1:1~1 〇。
[0023] 作为优选方案，所述的有机溶剂是乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇中任意一种。
[0024]作为优选方案，所述的催化剂是氨水、乙酸、盐酸和氯化铵中的任意一种。
[0025]作为优选方案，所述的硅酸酯是正硅酸四乙酯、四（2-乙基己基)硅酸酯、硅酸异丙 酯中的任意一种。
[0026]作为优选方案，所述的含氟偶联剂是十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙 氧基硅烷、全(十七)氟癸基三乙氧基硅烷中的任意一种。
[0027] -种超疏水纳米涂料涂布，该涂布包括基材和位于基材表面的超疏水纳米涂料 层，该超疏水纳米涂料层通过喷涂、浸涂或旋涂中的任意一种方案涂覆在基材表面;所述的 超疏水纳米涂料层由以下方法制备而成：向容器中加入硅酸酯、有机溶剂、蒸馏水和催化 剂，搅拌该混合物，使其混合均匀，然后向混合物中同时加入硅酸酯和含氟偶联剂，搅拌速 度为1000-1200rpm，搅拌30~50h，得到超疏水纳米涂料;所述的反应物体积占总体积的百 分比为：
[0028] 有机溶剂：70~80%;
[0029] 催化剂:5~10%;
[0030] 蒸馏水:5~10%;
[0031] 硅酸酯：6~10%;
[0032] 含氟偶联剂:0.01~0.2%。
[0033] 作为优选方案，所述的基材是金属、纸、玻璃和塑料中的任意一种。
[0034] 有益效果:与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果:该超疏水涂层 具有良好的超疏水效果，通过涂布工艺涂布在基板上的涂层，对水滴具有较大的接触角和 较小的滚动角。另外，本发明采用的制备方法，同时加入的硅酸酯和含氟偶联剂形成的小球 "吸附"在纳米二氧化硅表面，形成"树莓"结构，使得涂层具有较好的表面粗糙度，可显著增 加疏水效果。
【附图说明】
[0035] 图1是本实施例的纳米涂料中树莓粒子的透射电镜图像；
[0036]图2是本实施例的纳米涂料形成涂层后的表面扫面电镜图像；
[0037] 图3是本发明实施例1中水滴滴在基材上静态照片；
[0038] 图4是本发明实施例2中水滴滴在基材上静态照片；
[0039] 图5是本发明实施例3中水滴滴在基材上静态照片；
[0040] 图6是本发明实施例4中水滴滴在基材上静态照片。
【具体实施方式】
[0041] 下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行详细的说明。
[0042] 本发明实施例的一种具有普适性的超疏水纳米涂料，该超疏水纳米涂料由以下方 法制备而成：向容器中加入硅酸酯、有机溶剂、蒸馏水和催化剂，搅拌该混合物，使其混合均 勾，然后向混合物中同时加入娃酸酯和含氟偶联剂，搅拌速度为1000-1200rpm,搅拌30~ 50h，得到超疏水纳米涂料；
[0043] 所述的反应物体积占总体积的百分比为：
[0044] 有机溶剂:70~80%;
[0045] 催化剂:5~10%;
[0046] 蒸馏水:5~10%;
[0047] 硅酸酯：6~10%;
[0048] 含氟偶联剂:0.01~0.2%。
[0049] 作为优选方案，所述的向混合物中同时加入硅酸酯和含氟偶联剂中，硅酸酯和含 氟偶联剂的体积比为1:1~1 〇。
[0050] -种具有普适性的超疏水纳米涂料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0051] 向容器中加入硅酸酯、有机溶剂、蒸馏水和催化剂，搅拌该混合物，使其混合均匀， 然后向混合物中同时加入娃酸酯和含氟偶联剂，搅拌速度为1000-1200rpm，搅拌30~50h， 得到超疏水纳米涂料；
[0052] 所述的反应物体积占总体积的百分比为：
[0053] 有机溶剂:70~80%;
[0054] 催化剂：5~10%;
[0055] 蒸馏水:5~10%;
[0056] 硅酸酯：6~10%;
[0057] 含氟偶联剂:0.01~0.2%。
[0058]作为优选方案，所述的向混合物中同时加入硅酸酯和含氟偶联剂中，硅酸酯和含 氟偶联剂的体积比为1:1~10。
[0059] 作为优选方案，所述的有机溶剂是乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇中任意一种。所述的 催化剂是氨水、乙酸、盐酸和氯化铵中的任意一种。所述的硅酸酯是正硅酸四乙酯、四（2-乙 基己基）硅酸酯、硅酸异丙酯中的任意一种。所述的含氟偶联剂是十七氟癸基三甲氧基硅 烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、全(十七)氟癸基三乙氧基硅烷中的任意一种。
[0060] 本发明实施例制备的纳米涂料具有超疏水。先通过硅酸酯水解，得到二氧化硅纳 米粒子。之后再次加入硅酸酯和含氟偶联剂，形成更小的含氟小颗粒。这些含氟小颗粒可以 通过偶联剂的键，结合到之前形成的二氧化硅纳米颗粒上。这样就形成了树莓结构的纳米 粒子。如图1所示，图1是对本实施例的纳米涂料进行透射电镜图像拍摄而获取的树莓粒子 的透射电镜图像。树莓结构可以提高表面粗糙度高，含氟单体可以有效地降低表面自由能。 综合这两点，所得到的粒子本身就具备很好的疏水性。
[0061 ]作为上述纳米涂料的一种应用，将其制作为涂布。一种超疏水纳米涂料涂布，该涂 布包括基材和位于基材表面的超疏水纳米涂料层，该超疏水纳米涂料层通过喷涂、浸涂或 旋涂中的任意一种方案涂覆在基材表面;所述的超疏水纳米涂料层由以下方法制备而成： 向容器中加入硅酸酯、有机溶剂、蒸馏水和催化剂，搅拌该混合物，使其混合均匀，然后向混 合物中同时加入硅酸酯和含氟偶联剂，搅拌速度为1000-1200rpm，搅拌30~50h，得到超疏 水纳米涂料;所述的反应物体积占总体积的百分比为：
[0062] 有机溶剂：70~80%;
[0063] 催化剂：5~10%;
[0064] 蒸馏水：5~10%;
[0065] 硅酸酯：6~10%;
[0066] 含氟偶联剂:0.01~0.2%。
[0067] 上述的基材是金属、纸、玻璃和塑料中的任意一种。
[0068]将本实施例制备的纳米涂料喷涂到基材后，利用乙醇挥发性来进行物理成膜，当 乙醇挥发完以后，表面上会形成由这种树莓纳米粒子形成的涂层。这个涂层表面粗糙度高， 表面自由能低，从而具备了超疏水的性能。如图2所示，图2是涂层表面的扫面电镜图像。从 图2中可以看出：涂层表面粗糙度高。
[0069] 本实施例的具有普适性的超疏水涂